Pr-CeO_2稀土红色陶瓷颜料的低温燃烧—水热合成与表征

1、Pr-CeO_2 稀土红色陶瓷颜料的低温燃烧水热合成与表征以 Ce（NO₃） ₃·6H₂O（分析纯）、Pr₆O₁₁（工业级）为主要原料 , 采用低温燃烧合成（LCS）,成功制备出了 Ce_1-xPr_xO₂（ Pr-CeO&l

2、t;sub>2</sub>）纳米晶红色颜料粉体 , 并对燃烧合成的样品进行水热处理。研究了燃烧反应中燃烧剂的种类、 燃烧剂的配比对反应参数、 产物的晶体结构及产物性质的影响 ; 水热处理后的样品的晶体结构及产物的性质 , 并对水热处理的条件进行优化 , 找出最佳的水热处理条件 ; 对低温燃烧反应中的 Pr 的掺杂方式、矿化剂等参数进行优化 , 找出适合Ce_1-xPr_xO₂红色颜料粉体低温燃烧反应的反应参数 ; 采用低温燃烧法合成不同Pr 的

3、掺杂量的Ce_1-xPr_xO₂红色颜料样品 , 对样品中 Ce、Pr 的价态 , 及 Ce_1-xPr_xO₂红色颜料的呈色机理进行了探讨。采用 DSC,XRD,SEM,TEM,XPS,EDS,CIE色差计等现代测试方法对产物晶体结构、晶体形貌和晶粒尺寸、Pr 的价态以及样品的颜色等进行表征。结果表明 : 对于 CO（NH<

4、;sub>2</sub>）₂、（ COOH）₂· 2H₂O、 CH₃COONH₄、C₆H₈O₇、C₆H₁₂O&l

5、t;sub>6</sub>、CH₃COOC₂H₅以及NH₄NO₃等多种燃烧剂来说 , 适用于Ce_1-xPr_xO₂红色颜料粉体 LCS合成的燃烧剂为 CH₃COONH&l

6、t;sub>4</sub>和C₆H₈O₇以柠檬酸和乙酸铵为燃烧剂的Ce_1-xPr_xO₂的低温燃烧反应制备的样品,与柠檬酸作为燃烧剂的燃烧产物相比, 乙酸铵作为燃烧剂所制备的燃烧产物的结晶程度更完整、 Pr 离子更容易进入 CeO₂晶格、呈色更好。乙酸铵作为燃烧

7、剂的燃烧反应中 , 燃烧剂与氧化剂的最佳配比为2:1, 柠檬酸作为燃烧剂的燃烧反应中 , 燃烧剂与氧化剂的最佳配比为3:1 。两种燃烧剂的燃烧产物颗粒尺寸都在 200nm-300nm之间。对 LCS合成出的 Ce_0.95Pr_0.05O₂ 样品进行热处理（ 600保温 2h）, 结果发现样品的晶粒发育更加完善 ,CeO₂晶格的 Pr 离子的增多 , 红度值更高。以Pr₆

8、O₁₁、Pr（NO₃）₄两种方式进行掺杂 , 结果显示用 Pr（ NO₃）₄掺杂所得到的样品的晶粒发育 , 呈色性能更加完善。 进入固溶体的 Pr 离子的含量更接近于实验掺杂量;用 Na₂CO₃、 CaF₂、 NaF、H<su

9、b>3</sub>BO₃、LiF 、NaClO₃作为矿化剂 , 研究矿化剂对 Ce_1-xPr_xO₂纳米晶氧化物粉体结构性能的影响。研究结果发现 , 加入矿化剂后粉体的颜色有很大的改善, 在加入的 6 种矿化剂中颜色改善的顺序为 : Na₂CO₃&lt;

10、CaF₂&lt; NaF&lt;H₃BO₃&lt;LiF&lt;NaClO₃,可以看出NaClO₃是最适合 Ce_1-xPr_xO₂氧化物合成的矿化剂。 水热处理后的样品的结晶程度以及呈色性能都有明显的改

11、善。水热处理后样品的粒度分布更加均匀; 在填充比 60%,碱性条件下 , 长的水热处理时间有助于保持粉体晶粒的均匀性, 减少了低温燃烧过程中的团聚现象, 因而提高了粉体的呈色性能。采用低温燃烧法合成不同Pr 的掺杂量的Ce_1-xPr_xO₂红色颜料样品 , 对样品中 Ce、Pr 的价态 , 及 Ce_1-xPr_xO₂红色颜料的呈色机理进行了探讨。结果显示: 在我们的研究范围内的所有样品均形成单一的萤石型固溶体 , 且晶粒尺寸在 20nm范围以内。随 Pr 含量的增加 , 固溶体的氧空位浓度也一致增大。固溶体中 Ce 的价态为 +4 价,Pr 的价态为 +3 价 , 样品的红度、色饱和度随Pr含量的增加呈先增后减趋势, 当 x=0.05 时有最佳的呈色性能。 其呈色机理是因为Pr 的掺杂 ,Pr<